CN1114937C - 形成具有降低的金属杂质的介电层的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用化学气相沉积系统形成具有低金属原子浓度的介电层的方法。化学气相沉积系统包括臭氧装置和化学气相沉积反应器。氧气和无氮稀释气体引入臭氧装置，产生包括臭氧的气流。通过金属管路将气流送至化学气相沉积反应器，从而基本上不形成腐蚀管路的腐蚀蒸汽，从而提供基本上不含金属杂质的气流，其反应沉积具有减少金属杂质的层。

Description

形成具有降低的金属杂质 的介电层的方法和臭氧系统
                            发明领域
本申请是1995年12月15日提交的美国专利申请第08/573.318号的部分继续申请(CIP)。
本发明总体上涉及在半导体和集成电路基片上的膜的形成，更具体地说，涉及一种通过化学气相沉积(CVD，chemical vapor deposition)形成具有较低金属污染物的介电层的方法。
                            背景技术
在半导体和集成电路制造过程中，为形成半导体和集成电路器件，要沉积各种各样的材料层。介电层通常用于隔离各导电层并在这些导电层之间实现有用互连。
经常用化学气相沉积(CVD)形成介电层。CVD工艺是通过把某些气体先驱物传输到一个表面上并在此表面上产生反应从而沉积一种材料。CVD反应器有多种形式。低压CVD系统(LPCVD，Low pressure CVD)和常压CVD系统(APCVD，atmospheric pressure)根据热CVD原理运行。在等离子增强CVD系统(PECVD，plasma enhanced CVD)中用等离子帮助用于反应的化学物质分解。
由于CVD沉积所述先驱化学物质的组分，因此这种先驱物具有高纯度和基本不含杂质(或称污染物，contaminants)是非常重要的，因为这些杂质会产生反应并沉积在所形成的膜内，膜内的杂质会破坏晶片上器件的功能并降低器件产量。
更重要的是氧化物层中的金属杂质，它是半导体工业中的一个难题。CVD系统包括各种金属组件，而且潜在的金属杂质源很难确定和消除。一种广泛应用的CVD工艺利用原硅酸四乙酯(TEOS)和臭氧来反应并沉积一硅氧化物膜。为了产生臭氧先驱物，半导体工业中传统的CVD系统利用等离子体放电单元，高纯氧和少量氮(典型重量百分比为1％～5％)流经该单元。当给该放电单元供电时，等离子体加速氧和氮的反应从而形成臭氧(O3)，通常在氧气(O2)中形成含5.5wt％的O3的混合物。氮作为反应的催化剂，帮助产生一个稳定在±1.4％的高浓度的臭氧。
发明者通过大量的研究发现，在臭氧产生过程中，由于在臭氧系统中形成硝酸而导致严重的金属杂质。雾气是装置中主要的杂质。臭氧系统中的氮和雾气当遇到氧和等离子体放电时产生硝酸。这些硝酸在许多方面影响CVD系统。一种情况是，这些硝酸聚集在低流速的小孔内，例如CVD系统中所用的质量流量控制器(MFC)探测器管内，这样就会引起MFC探测器管的阻塞，并最终导致流量控制失效。
更为严重的是，已经发现硝酸能破坏金属管路和CVD系统组件。尤其是，硝酸破坏不锈钢管路表面氢氧化物层，导致诸如挥发性铬氧化物类的金属杂质释放到气流中。这些杂质随着臭氧传送到半导体基片上作为杂质沉积在膜中。
                            发明概要
因此，需要提供一种方法，降低在整个CVD系统中臭氧传输过程中此类杂质的形成并沉积一种具有较低金属杂质和所需薄膜质量的膜。
本发明的一个目的是提供一种用于形成介电层的改进方法。
更具体地，本发明的一个目的是提供一种用于降低化学气相沉积介电层中金属杂质的方法。
另外，本发明的一个目的是提供一种适于减少在臭氧气流中形成金属杂质的方法。
本发明的另一目的是提供一种方法，把臭氧发生器的臭氧通过包括金属管路的装置传输，其中的臭氧基本不含腐蚀性杂质。
本发明的所述目的和其它目的已通过下面披露的方法达到，根据本发明的一个方面，提供一种用化学气相沉积系统在一基片表面沉积具有低金属原子浓度的氧化物层的方法，所述的化学气相沉积系统包括一个臭氧发生装置，并包括金属管路和一个化学气相沉积反应器，该方法包括以下步骤：
向所述臭氧发生装置中引入一氧气流；
向所述臭氧发生装置中引入以一包括氩气、氦气和二氧化碳的无氮稀释气体，并产生一个气流，该气流包括臭氧并且该气流基本上不与金属管路发生反应；
通过所述金属管路将所述气流送至所述化学气相沉积反应器，以输送一基本不含金属杂质的气流；和
在所述的化学气相沉积反应器内使所述气流与一种反应性气体反应，以在所述基片表面沉积一基本不含金属原子的层。
根据本发明的另一方面，提供一种用于通过一个臭氧系统将包括低金属原子杂质的反应性气体输送到包括金属管路的化学气相沉积反应器的方法，该方法包括以下步骤：
向所述臭氧系统中引入氧气流；
向所述臭氧系统中引入一包括氩气、氦气和二氧化碳的无氮惰性气体；
将所述氧气和所述惰性气体臭氧化，从而产生一种包括臭氧和基本上不含能侵蚀金属的酸的反应性气流；和
通过包括在所述臭氧系统内的金属管路输送所述反应性气流，其中，所述反应性气流基本上不与金属管路发生反应，从而降低了金属原子杂质在所述反应性气流内的形成。
根据本发明的又一方面，提供一种用于通过金属管路从一个臭氧发生器输送包括臭氧的气体的臭氧系统，该臭氧发生器内引入氧气和包括氩气、氦气和二氧化碳的稀释气体，所述稀释气体不含氮，从而基本不形成能腐蚀管路的腐蚀性蒸汽，因而提供了基本不含金属杂质的气体。
本发明的方法包括步骤：把来自于一个臭氧发生器的含臭氧的气体通过金属管路传输，该臭氧发生器内引入了氧和稀释气体。稀释气体中不含氮，腐蚀管路的腐蚀性蒸汽基本上不会形成，所以所提供的气体基本上不含金属杂质。
本发明的另一实施例提供了一种在一化学气相沉积(CVD)装置中在一个基片表面沉积具有较低的金属原子浓度的氧化物层的方法。该CVD系统包括一个臭氧发生装置和一个CVD反应器。氧气和一种稀释气体，不包含氮气，引入所述臭氧发生装置中，在这里面形成一个包含臭氧的气流。该气流通过金属管路被送至所述CVD反应器。该气流基本上不含腐蚀性元素，并且该气流流经整个装置时气体基本上不与金属管路发生反应，因此基本上消除了气流中的金属原子污染物。所述气流和一种反应气体由一个注射器分别传送，它们从注射器出来进入所述CVD反应器，其中，所述气体相互作用并在靠近所述注射器的晶片的表面沉积基本上不含金属杂质的材料层。
                      附图的简要说明
参考附图，通过下面的详细描述，本发明的其它目的和优点将会更加明显。其中：
图1是可以用来实现本发明所述方法的一个化学气相沉积(CVD)装置的局部剖视简图；
图2是按照本发明的一个实施例形成的适于输送气流的臭氧发生器的简图；
图3的表显示了例1中所提出的根据本发明的优选实施例所能够达到的金属杂质的水平；
图4的表显示了例3中所提供的根据本发明的另一个实施例所能够达到的金属杂质的水平；
图5A和5B是根据本发明所述的方法形成的一个介电层的横截面的扫描电子显微镜(SEM，Scanning Electron Mioroscope)照片，显示了按照本发明的方法所能达到的间隙填充和台阶覆盖情况；
图6是一张显示按照本发明所沉积的膜内Cr含量的SIMS曲线的图。
                     优选实施例的详细描述
参照附图，其中，类同的组件用类同的标号来代表。图1和图2示意地显示了根据本发明的方法用来输送包含低金属杂质的气流的装置。图1显示了本发明所述的方法可使用的一个化学气相沉积(CVD，chemical vapordeposition)装置10。装置10总体上包括一个能产生包含臭氧和其它气体化学物质气流的臭氧发生器15。气流通过金属管路16和质量流量控制器17输送至一CVD反应器20。所示CVD反应器20是一个传送带式常压CVD(APCVD)型反应器，在美国专利No.4,834,020中对它进行了详细描述，此处引用来作为参考。应该注意，尽管这里示出的是一个APCVD反应器，但是，本发明的方法也可以用其它类型的CVD反应器，例如低压CVD(LPCVD，low pressure CVD)和等离子增强CVD(PECVD，plasma enhancedCVD)反应器。图1所示的APCVD反应器20典型地包括：一个套筒(muffle)31，多个形成多个阶段的注射器30(为了简单起见，只示出了一个注射器30和一个阶段)和一个传送带34。典型地，该反应器20包括四个阶段，各阶段基本相同。在套筒31内，在注射器30两侧周围设置多个帘子32，以隔绝一个区域，并在其间形成一个沉积室区域33。帘子32包括多个惰性气体通入构件(plenum)36，它使惰性气体向下和沿传送带34流动，因此协助隔绝沉积室区域33。
为了在一半导体器件的表面上沉积一材料层，一基片35放置在传送带34上并被送进套筒31又进入沉积室区域33。在沉积室区域33中，气体化学物质由注射器30送至靠近基片35表面的区域，在这里，气体化学物质反应并在基片35的表面上沉积一材料层。
气体化学物质通过气体输送装置39送至反应器20，其中，所述各种气体化学物质通过气体输送管线16、26和27分别送至注射器30。在一个示范性实施例中，通过气体输送管线16、26和27输送的气体分别是：臭氧/氧气混合物、TEOS、和氮气/氧气混合物(分离N2)。在该实施例中，TEOS和臭氧反应，在基片35表面形成二氧化硅层(SiO2)，当气体在沉积室区域33反应时，副产物和未反应化学物质通常按箭头所示的方向由排气管线37除去。
为了在基片35表面沉积某个所需成分和纯度的层，关键是将CVD系统中的杂质降到最低程度，尤其是存在于送至基片的气流中的杂质。本发明通过输送基本上不含金属杂质的臭氧气流的方法改进这种所需膜的沉积。参考图2，所述方法参照此处所示的臭氧系统进行了详述。参照上面所述，发明者经过大量研究和分析后发现，沉积膜中最重要金属杂质源是由于臭氧发生器产生的存在于臭氧气流中的腐蚀性杂质蒸汽而产生的。这些腐蚀性杂质蒸汽侵蚀装置中的金属管路，导致金属原子，尤其是Cr原子的释放。这些Cr原子随着臭氧气流流过装置。并被送至所述CVD系统。在这里Cr原子最终作为金属杂质沉积在膜内。为了降低这种金属杂质，本发明的方法在臭氧发生器内利用了特殊的稀释气体，以产生臭氧气流。图2中示出了一种现有的平板放电臭氧发生器40。该臭氧发生器40总体上包括两个彼此分开并相对放置的放电板41和42，构成一放电区47。放电板41和42上涂有一种介电材料43。向一个放电板41上施加高压48，同时，另一放电板42接地。一热交换器49与放电板41和42接触安装以散失工艺过程中产生的热量。为了产生臭氧，氧气和一种稀释气体分别经由管12和14引入，然后，气体混合并经由管18送至臭氧发生器，且通过极板41和42之间。在以前的工艺装置中，高纯氧，和少量用作稀释气体的氮(典型地重量百分比为1％～5％)被引入臭氧发生器40。通过电源48给臭氧发生器施加电压，在气体中激发等离子体。等离子体加速反应从而使氧气(O2)形成臭氧(O3)。氮气作为反应的催化剂，协助产生高浓度的臭氧。典型地，所产生的臭氧气流是一种在O2气中含重量百分比为5.5％的O3的O3和O2的混合物。这种臭氧气流包括臭氧、氧气和稀释气体，且所述的气流通过管16排出臭氧发生器。
相反，本发明的方法使用不同的稀释气体产生臭氧气流，其特征是该臭氧气流基本上不含能够侵蚀金属的腐蚀性杂质蒸汽，同时维持可接受的臭氧浓度和稳定性。再参考图2，本发明用氦气、氩气或二氧化碳作为稀释气体，稀释气体通过气体管线14引入。氧气通过气体管线12引入。这些气体通过管18混合并被引入臭氧发生器40。经放电板41施加电压，在放电区47产生等离子体放电。等离子体和释释气体协助氧气变为臭氧的反应。臭氧气流通过气体管线16流出臭氧发生器，通常该气流为包含在氧(O2)中占约2～5.5wt％O3的混合物。现在参考图1，臭氧气流通过整个气体输送装置39输送，在这里，所述气流经过金属管16到达质量流量控制器17，然后，经过另一个金属管16进入注射器30，在这里，臭氧气流流出注射器30进入靠近基片35表面的沉积室区域33。臭氧气流与流出注射器30的反应气体反应并在基片35的表面形成一材料层。其中一个突出优点是，在流经整个气体输送装置的过程中，臭氧气流基本上不与金属管路和组件反应，所以使臭氧气流在输送中基本上不含金属杂质。而且，该臭氧气流基本上不含以前装置中所发现的能够阻碍MFC传感器管并最终导致MFC失效的硝酸。臭氧气流在经过输送装置后在射出注射器30的出口处将含有金属杂质的水平等于或低于0.07ng金属原子每升气体，最好是小于或等于每升气体0.02ng金属原子。臭氧气流中这样低的金属原子杂质浓度水平导致在沉积室33中基片35上所沉积的膜具有小于或等于1×1015金属原子/cm3，优选地小于或等于1×1014金属原子/cm3的金属杂质含量，这个值低于器件发生损坏的杂质浓度值。
尽管上面描述是参照极板放电式臭氧发生器进行的，熟悉该技术的一般人都会明白本发明的方法可以用其它类型的臭氧发生器来实现。另外，本发明的方法对于各种类型的臭氧发生器都可以使用任意一种上面所述的稀释气体，即Ar、He或CO2。在下面所述的优选实施例中，在一个已知的ASTeX型臭氧发生器中使用CO2作为稀释气体。这种ASTeX型臭氧发生器是水冷式全金属、封闭单元等离子体放电型臭氧发生器。
对本发明不同的优选实施例进行了几个实验。在下述三个例子中，根据本发明的方法，利用图2所示的装置，操作三种不同的臭氧发生器并产生气流。对本发明的方法进行的第一个实验是使用一现有的油冷放电式臭氧发生器作为图2所示的装置40来进行的。第二个实验是使用一现有的水冷四模式臭氧发生器。第三个实验使用一ASTeX臭氧发生器，分别对每种发生器进行了各种稀释气体的实验，并对金属原子杂质浓度进行了分析。所述实验均说明臭氧气流中的金属原子杂质降到了一个所需的水平。下面将详细描述所述实验。实例1
在该例中，使用了一油冷放电式臭氧发生器，进行了两个独立的实验，每个都使用了不同的气体(Ar和He)作为稀释气体。表1给出典型实验参数。
                表1油冷放电式臭氧发生器操作参数
稀释气体 Ar He
稀释气体流率 210sccm(标准立方厘米) 528sccm
稀释气体浓度 3.5vol％(体积百分比) 8.8vol％
O2流率 6slm 6slm
O3浓度 124g/m3(O2中含4.74wt％的O3) 128g/m3(O2中含4.89wt％的O3)
臭氧发生器的功率(占满功率的百分比) 52％ 52％
参考图2，对于每个实验，通过气体管线44按表1所列的流速引入氧气。通过气体管线45按表1所列的流速和浓度分别引入Ar和He。如表1所示，稀释气体的浓度和流速取决于所使用的气体，在下面的例子中将会发现还依据所用的臭氧发生器的类型而变化。因此，熟悉该技术的一般人将明白，除了这里所述的三种类型外，本发明的方法还可以用许多臭氧发生器和相应的工艺参数来实现。
为了产生臭氧，通过电源48给极板41施加电压，从而在放电区47产生等离子体。在放电区47，氧气发生反应形成臭氧，产生在O2气中占约2～5.5wt％(重量百分比)O3的气流并通过出气管线16输送。对于每个实验，如表1所示气流中臭氧浓度均在所需的要求之内。
已经发现，引入臭氧发生器的稀释气体与氧气的比值影响所产生的臭氧气流中臭氧的浓度和稳定性。已经进行了一些实验以确定最佳比值，当用Ar作为稀释气体时，优选的Ar的体积百分比(vol％)约为3.5％～9.4％，当用He作稀释气体时，He的优选体积百分比约为8.8％～18％。
用一台架实验(bench test)对臭氧气流中的金属杂质进行了测定，测定过程如下：选用基本上如图1所示的臭氧发生器40和CVD系统20。一单个晶片采样装置38安装在MFC 21和注射器30之间的臭氧气体管线16内，如图1所示。器件38用于测定臭氧气流中的杂质水平，通过把晶片在某个特定流速和臭氧浓度的臭氧气流中暴露一定时间后进行所述测定。典型的测定参数为：在O2气中占4.0～4.5wt％O3的臭氧气流流速6slm，时间15分钟。为了进行测定，一晶片在器件38内，在臭氧发生器40内产生臭氧气流，通过管线16输送该气流，然后将其喷到器件38的顶部并使其到达晶片的上表面。流出的气流导出器件38并进入注射器30，然后气流被排出。经过一定时间后，把晶片从器件中移出。这样，晶片表面便含有臭氧气流杂质，可以进行测定。用已知的HF气相分解(Hydro-fluoric Vapor PhaseDecomposition)技术除去所述杂质。然后用现有石墨炉原子吸收谱法(Graphite Furnace Atomic Spectroscopy)或感应耦合等离子体质谱法(Inductively Coupled Plasma Mass Spectromety)分析所得到的化学物质，以定量晶片表面在臭氧气流中暴露后所含的金属杂质。为了进行比较，对以氮气作稀释气体的现有方法产生的臭氧气流制得的晶片也进行了测定。所述台架试验测定结果示于图3。可以看出，根据本发明的方法以Ar或He作稀释气体大大降低了Cr杂质的含量。实例2
在另一个实验中，按照本发明的一第二实施例，使用了一个现有的水冷式四模式放电臭氧发生器产生臭氧气流。按照表2A所给的工艺参数，分别使用Ar和He作为稀释气体进行了两个独立的实验。
       表2A-水冷式四模式臭氧发生器
稀释气体 Ar He
稀释气体流率 1.26slm 1.32slm
稀释气体浓度 5.25vol％ 5.5vol％
O2流率 24slm 24slm
O3浓度 107g/m3 107g/m3
臭氧发生器的功率(占满功率的百分比) 62％ 62％
用基本上如例1所述的方法产生一个臭氧气流。为了测定臭氧气流中的杂质含量，用臭氧气流作为先驱物在基片上沉积一介电层。把基片放在沉积室区域33内，在CVD反应器20内的注射器20之下，如图1所示。具体地，按照表2A中与Ar测试相关的操作条件，用以Ar作为稀释气体所产生的臭氧气流沉积介电层。按照表2B所给的参数进行CVD沉积。
                        表2B-CVD工艺条件
注射器1的流率(slm) 注射器2的流率(slm) 注射器2/3的流率(slm) 注射器3的流率(slm) 注射器4的流率(slm)
O2/O3 4.87 4.85 -- 4.83 4.86
稀释N2 2.09 2.07 -- 2.07 2.03
分离器N2 9.98 9.97 -- 9.95 9.89
液源-掺杂剂稀释N2 3.39 -- 6.79 -- 3.89
Si源N2 1.898 -- 3.781 -- 1.895
沉积温度 550℃
带速 3”/分钟
室压 1.18”H2O
如表2B所示，用CVD反应器20使一基片35经过4四独立的注射器和相应的沉积室区域33的阶段，沉积介电层，在这一示范性实施例中，按表2所给的气体流速将臭氧气流送至4个注射器。稀释N2提供给每个注射器，通常在图1中的A点连接到臭氧气流管上。由于氮气引入臭氧发生器所产生的气流的下游，因此不会发生所述现有工艺存在的形成硝酸和相应的金属杂质问题。如图1中标号27所示，分离器N2被送至4个注射器阶段的每一个的某一部位。液源稀释氮气(N2)(Liquid Source Dilution N2)的流速表示掺杂剂如硼或磷的引入，氮气作为载气。这类掺杂剂可用来沉积一种硼磷硅酸盐玻璃(BPGS)氧化物膜。以氮气作载气通过管24引入TEOS，如表2B中Si源N2一行所示。液源稀释氮和Si源氮的流速如表2B的“注射器2/3流速”列所示，因为对于两个注射器每种气体都使用一个共同的输送管。实例3
在第三个实验中，根据本发明的一第三实施例使用一现有的ASTeX臭氧发生器产生臭氧气流。按照表3A给出的工艺参数，分别用Ar、He和CO2作为稀释气体进行了三个独立的实验。仍按所述方法产生一个臭氧气流。根据所进行的实验，实现本发明的优选的方法为，使用ASTeX发生器、以CO2作稀释气体，最好，CO2的重量百分比基本在2～3.6wt％之间。采用多种方法测定了不同臭氧气流中存在的杂质浓度。首先，对CO2为稀释气体产生的臭氧气流进行一个台架实验。该对比实验与前面实例1中所进行的实验类似，如图1所示，在位于MFC21和注射器30之间的臭氧气体管线16内安装一单个晶片的采样装置38。通常，放置在装置38内的晶片经过流速为6slm，在O2中含浓度为4.0～4.5wt％O3的臭氧气流喷射15分钟。台架实验结果示于图4，结果表明：与使用N2作为稀释气体进行的晶片测定相比，根据本发明，使用CO2作稀释气体大大降低了Cr杂质的含量水平，见图4。
                   表3A-ASTeX臭氧发生器
稀释气体 Ar  He  CO2
稀释气体流率 4.62slm  9.30slm  900sccm
稀释气体浓度 18.9vol％  38vol％  3.6vol％
O2流率 24slm  24slm  24slm
O3浓度(实际) 48.6g/m3  46.4g/m3  107g/m3
臭氧发生器的功率(占满功率的百分比) 100％  100％  52％
除了所述台架实验，还根据本发明的方法在基片上沉积了介电层。这种膜层具有所需的较低的金属杂质。尤其是，按照下面表3B给出的工艺参数，使用基本上如图1所示的APCVD反应器沉积介电层。
                           表3B-CVD工艺条件
注射器1的流率(slm) 注射器2的流率(slm) 注射器2/3的流率(slm) 注射器3的流率(slm) 注射器4的流率(slm)
O2/O3 5.96 5.99 -- 5.97 5.97
稀释N2 0.98 0.98 -- 0.98 1.00
分离器N2 9.96 9.92 -- 9.95 9.96
液源稀释N2 3.88 -- 3.96 -- 3.88
Si源N2 0.867 -- 1.728 -- 0.868
沉积温度 500℃
带速 3.75”/分钟
室压 1.11”H2O
把6＂硅片35放在传送带34上并使其经过所述4个阶段的每一个，从而在硅片上沉积4800埃～7000埃厚的介电膜。在每个阶段，基片35从沉积区33内的注射器30之下经过。反应气体O3和TEOS，以及其它气体，从注射器出来在靠近基片35的表面进行反应，并在该表面形成一材料层。
对每个膜都进行了金属杂质测定，并对膜质量进行了评定。具体地，用现有的分析技术，更具体地，用二次离子质谱(SIMS)(Secondary Ion MassSpectrometry)技术对基片中的金属杂质含量进行了测定，如图6所示，标准SIMS分析表明，在沉积室区域33内的注射器30之下放置的基片的上表面沉积的膜中金属Cr的含量小于1×1014金属原子/cm3，参考图6，给出了一个膜内的Cr含量，该膜是通过传送一个晶片35使其经过图1所示的CVD系统20而沉积得到的。在该例中，装置20包括4个沉积室区域33阶段，每个沉积室33包括一个注射器30，所述膜是通过传送晶片使其两次经过装置20而沉积的。当晶片穿过套筒31经过4个分离的注射器30之下时介电膜沉积在晶片上，各个注射器30在4个沉积室区域33中的每个阶段输送反应性先驱化学物质。当晶片由传送带传送穿过套筒31时，晶片还穿过一个入口氮气帘(未图示)，注射器间氮气帘32，和一个出口氮气帘(未图示)。再参考图6，每个沉积室区域33阶段由一个字母A至H代表。字母A-D代表第一次通过4个沉积室区域33阶段，字母E-H代表第二次通过4个沉积室区域33阶段。用He作稀释气体在臭氧发生器15内产生臭氧气流16，CVD系统20通常按照表3B给出的参数运行，以沉积所述膜。
再来参考图6，该图表明Cr含量(Cr原子/cm3)是沉积在硅片上的膜的厚度(μm)的函数。当晶片通过装置20时，Cr沉积在晶片上，根据晶片的位置不同Cr的数量不同。如点A-H所示，在每个沉积室区域33内注射器30之下所沉积的膜内Cr的含量低于1×1014金属原子/cm3。在沉积室33之外区域Cr的值高于1×1014，在这个所谓的内注射区域发生气相Cr聚集，但是这些区域的Cr含量仍然在标准偏差值为1015范围之内，这个值是半导体业所努力寻找的能够满足需要的目标值。
一个突出的优点是本发明的方法能够实现优良的台阶覆盖和间隙填充。可以从图5a和5b中观察到这种膜的质量，图5a和5b示出了根据本发明两个优选实施例形成的介电膜的晶片的横截面的某一部分的SEM照片。在图5a中，晶片内包含形成于基片35上的铝线51和52。线51和52相距1μm。线51和52之间的间隙的外观比例(aspectratio)是0.4μm高比1.0μm宽。用臭氧和TEOS作为先驱气体在线51和52以及基片35之内沉积一个二氧化硅介电层53。臭氧气流是按照表2A所示的操作参数，用Ar作为稀释气体用水冷式四模式臭氧发生器产生的。CVD沉积是按照表2B所给的操作参数进行的。如图5a所示，介电层已经均匀地填充了所述1μm的间隙，不存在任何空洞、小丘和其它缺陷。
图5b是一个晶片和根据本发明的优选实施例形成的介电层的横截面的一个SEM照片。晶片包括形成于基片35表面的铝线55和56，它们相距1.5μm。线55和56之间的间隙的外观比例为0.4μm高比1.0μm宽。用臭氧和TEOS作为先驱气体沉积硅氧化物介电层57。在该优选实施例中，臭氧气流是按照表3A给出的操作参数用CO2作为稀释气体而产生的。CVD沉积是按照表3B给出的操作参数进行的。再来参考图5b，介电层已经均匀地填充了所述一微米的间隙，不存在空洞、小丘和其它缺陷。
所述对具体的优选实施例的描述是为了进行说明和表述。它们并不是穷举的或以披露的具体形式限定本发明，显然，根据所述教导可以对本发明进行许多修改和变化、给出更多的实施例。本发明的范围将由后面所附的权利要求书及其等同物来限定。

Claims (24)

1.一种用化学气相沉积系统在一基片表面沉积具有低金属原子浓度的氧化物层的方法，所述的化学气相沉积系统包括一个臭氧发生装置，并包括金属管路和一个化学气相沉积反应器，该方法包括以下步骤：
向所述臭氧发生装置中引入一氧气流；
向所述臭氧发生装置中引入以一包括氩气、氦气和二氧化碳的无氮稀释气体，并产生一个气流，该气流包括臭氧并且该气流基本上不与金属管路发生反应；
通过所述金属管路将所述气流送至所述化学气相沉积反应器，以输送一基本不含金属杂质的气流；和
在所述的化学气相沉积反应器内使所述气流与一种反应性气体反应，以在所述基片表面沉积一基本不含金属原子的层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述稀释气体为氩气。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述稀释气体为氦气。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述稀释气体为二氧化碳。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气流具有大约等于或小于每升气体0.05ng金属原子的金属原子浓度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述层具有大约等于或小于1×1015金属原子/cm3的金属原子浓度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述化学气相沉积反应器为一个常压化学气相沉积反应器，它包括：一套筒；至少一个在该套筒内的化学气相沉积反应室区域；至少一个用于把气体送进所述至少一个化学气相沉积反应室区域的注射器；和一个用于移动晶片通过所述反应室和所述套筒的传送带。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述化学气相沉积反应器包括一个用于输送所述反应性气体和所述气流以沉积所述具有一个大致上小于或等于1×1014的金属原子浓度的层的注射器。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述化学气相沉积反应器为一个低压化学气相沉积反应器。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述化学气相沉积反应器为一个等离子体增强化学气相沉积反应器。
11.一种用于通过一个臭氧系统将包括低金属原子杂质的反应性气体输送到包括金属管路的化学气相沉积反应器的方法，该方法包括以下步骤：
向所述臭氧系统中引入氧气流；
向所述臭氧系统中引入一包括氩气、氦气和二氧化碳的无氮惰性气体；
将所述氧气和所述惰性气体臭氧化，从而产生一种包括臭氧和基本上不含能侵蚀金属的酸的反应性气流；和
通过包括在所述臭氧系统内的金属管路输送所述反应性气流，其中，所述反应性气流基本上不与金属管路发生反应，从而降低了金属原子杂质在所述反应性气流内的形成。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述反应性气流具有等于或小于每升气体0.05ng金属原子的金属原子浓度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述无氮惰性气体为氩气。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述无氮惰性气体为氦气。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述无氮惰性气体为二氧化碳。
16.一种用于通过金属管路从一个臭氧发生器输送包括臭氧的气体的臭氧系统，该臭氧发生器内引入氧气和稀释气体，其特征在于，所述稀释气体包括氩气、氦气和二氧化碳，并且不含氮，从而基本不形成能腐蚀管路的腐蚀性蒸汽，因而提供了基本不含金属杂质的气体。
17.根据权利要求16所述的臭氧系统，其中，所述稀释气体为氩气。
18.根据权利要求16所述的臭氧系统，其中，所述稀释气体为氦气。
19.根据权利要求16所述的臭氧系统，其中，所述稀释气体为二氧化碳。
20.根据权利要求16所述的臭氧系统，其中，所述气体的特征还在于，所述气体内的金属杂质大致上等于或小于每升气体0.05ng金属原子。
21.根据权利要求1所述的方法，其中，所述层具有大致上等于或低于1×1014金属原子/cm3的金属原子浓度。
22.根据权利要求1所述的方法，其中，输送至化学气相沉积反应器的所述气流的流速大约在4.0-10.0slm的范围。
23.根据权利要求1所述的方法，其中，输送至化学气相沉积反应器的所述反应性气流的流速大约在1.0～5.0slm的范围。
24.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应性气体包括一种含硅的气体和一种含掺杂剂的气体，每种气体都被分别送入所述化学气相沉积反应器，所述含硅气体的流速大约在1.0～5.0slm的范围，而所述含掺杂剂的气体的流速大约在3.0～8.0slm的范围。
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